一种分级节能控制方法、装置、电子设备及存储介质与流程

本发明涉及低功耗嵌入式系统与电源管理，尤其涉及一种分级节能控制方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、随着户外安防与物联网感知设备的广泛应用，无市电摄像机在庭院、周界、农林等场景中愈发重要。此类设备通常依赖电池与太阳能板协同供电，其平均功耗直接决定电池容量与太阳能板峰值功率，进而决定物料成本与安装体积。然而，现有无市电摄像机在功耗控制方面仍面临诸多挑战。

2、传统方案通常采用整机常开，或在触发后将主控、成像、推理与通信模组一并上电。整机常开导致无事件时段静态电流偏高，电池被快速抽干；整组唤醒虽缩短了高功耗持续时间，却因通信模组易常连、误触发代价高而难以真正降低日均能耗。低帧持续编码方案虽能维持低帧率成像，但其成像链路无法真正掉电，静默功耗难以降至毫瓦级。

3、此外，现有方法在弱补能阴雨天气下续航急剧缩短，只能被迫加大太阳能板与电池容量。同时，通信发射峰值电流若不受约束，极易造成电池欠压复位，影响系统稳定性。

4、因此，迫切需要一种能有效降低静默功耗、延长续航并降低太阳能板规格，且能对通信平均电流进行限流的分级节能控制方法。

技术实现思路

1、本发明各实施例提供一种分级节能控制方法，以解决现有技术静默功耗高、误触发代价大、弱补能续航短、峰值电流易致欠压的问题。所述技术方案如下：

2、根据本发明的一个方面，一种分级节能控制方法，所述方法包括：通过常开微功耗域的低功耗mcu持续采集传感器的状态参数，根据所述状态参数计算剩余能量和预测补能，根据近期滑动平均功耗与目标续航计算预算紧张度，结合所述状态参数和回差阈值映射得到电量许可的功耗态；所述状态参数包括触发信号、电池电量计的荷电状态值及太阳能采样电路的光伏功率值和充电电流值；当传感器触发时检测当前电量是否可以进入侦听态，若可以则给摄像头和图像处理器供电，控制所述摄像头以设定低帧率采集图像并对连续帧计算帧差或背景差分得到运动幅度，当所述运动幅度达到设定要求时生成运动确认证据；当所述运动确认证据成立时检测当前电量是否可以进入分析态，若可以则给推理域供电，控制所述推理域对所述图像进行推理得到所述图像中检测目标的类别及对应的置信度分数，当所述置信度分数达到设定要求时生成目标确认证据；当所述目标确认证据成立时检测当前电量是否可以进入回传态，若可以则根据当前已上电的非射频域功耗以及剩余能量与预测补能计算最大允许占空比，给射频域供电后控制射频域的射频发射的平均电流不超过所述最大允许占空比。

3、在其中一个实施例中，根据所述状态参数计算剩余能量和预测补能，根据近期滑动平均功耗与目标续航计算预算紧张度，结合所述状态参数和回差阈值映射得到电量许可的功耗态通过以下步骤实现：将所述荷电状态值与预设的额定容量值及库仑效率系数相乘计算得到剩余能量，将所述光伏功率值或充电电流值与母线电压值相乘得到瞬时充电功率，以滑动时间窗口对所述瞬时充电功率在预测地平线内进行积分累加得到预测补能；统计近期滑动时间窗口内的平均功耗得到近期滑动平均功耗与预设的目标续航时间相乘得到续航所需总能量，将所述续航所需总能量除以所述剩余能量与所述预测补能之和得到预算紧张度；采用预设的回差机制基于所述预算紧张度和所述荷电状态值落入的预设阈值范围，确定切换功耗态时采用的阈值并映射得到当前电量许可的功耗态；所述功耗态包括静默态、侦听态、分析态和回传态。

4、在其中一个实施例中，当传感器触发时检测当前电量是否可以进入侦听态，若可以则给摄像头和图像处理器供电，控制所述摄像头以设定低帧率采集图像并对连续帧计算帧差或背景差分得到运动幅度，当所述运动幅度达到设定要求时生成运动确认证据通过以下步骤实现：当所述传感器的触发信号有效时，将当前事件等级置为最低并与所述电量许可的功耗态进行比较，若所述功耗态满足侦听态要求则为摄像头和图像处理器供电，并在供电后等待预设的稳定时延；待所述稳定时延结束后，控制所述摄像头以设定的低帧率采集图像，对采集到的连续帧进行逐像素差分计算或与预设的背景参考帧进行背景差分计算得到运动幅度，并持续监测所述运动幅度是否超过预设的运动阈值；当所述运动幅度超过所述运动阈值且连续达标帧数达到预设要求时，生成运动确认证据，若所述运动幅度回落至所述运动阈值以下、或连续达标帧数中断、或所述传感器的触发信号消失，则切断供电并回落到静默态。

5、在其中一个实施例中，当所述运动确认证据成立时检测当前电量是否可以进入分析态，若可以则给推理域供电，控制所述推理域对所述图像进行推理得到所述图像中检测目标的类别及对应的置信度分数，当所述置信度分数达到设定要求时生成目标确认证据通过以下步骤实现：当所述运动确认证据成立时，将事件等级从最低触发等级提升至中间等级，并与所述电量许可的功耗态进行比较，若所述功耗态满足分析态要求则为推理域供电，并在供电后等待预设的就绪时延；待所述就绪时延结束后，将采集的图像帧传送给所述推理域，通过所述推理域加载预设的目标检测模型对所述图像帧执行推理运算，输出检测到的各目标的类别标签及对应的置信度分数；所述置信度分数介于0到1之间；从所述类别标签中筛选预设的感兴趣类别，当所述感兴趣类别对应的置信度分数达到预设阈值且连续命中帧数达到预设要求时，生成目标确认证据，反之则逆序切断所述推理域和摄像头和图像处理器的供电，并回落到侦听态或静默态。

6、在其中一个实施例中，当所述目标确认证据成立时检测当前电量是否可以进入回传态，若可以则根据当前已上电的非射频域功耗以及剩余能量与预测补能计算最大允许占空比通过以下步骤实现：当所述目标确认证据成立时，将事件等级从中间等级提升至最高等级，并与所述电量许可的功耗态进行比较，若所述功耗态满足回传态要求则获取已上电的非射频域的实时功耗作为基础功耗值；将所述剩余能量与所述预测补能相加得到未来可用总能量，将所述未来可用总能量除以预设的时间窗口并乘以预设的安全系数得到可分配平均功率上限，从所述可分配平均功率上限中扣除所述基础功耗值得到射频可分配功率额度；将所述射频可分配功率额度除以系统母线电压得到射频平均电流上限，将所述射频平均电流上限除以射频发射峰值电流并取与射频模组允许的最大占空比中的较小值，得到最大允许占空比。

7、在其中一个实施例中，给射频域供电后控制射频域的射频发射的平均电流不超过所述最大允许占空比通过以下步骤实现：为射频域供电并等待预设的驻网时延，待所述驻网时延结束后，按照心跳占空比或回传占空比对所述射频域的供电进行周期性的通断切换，或对所述射频域下发休眠与唤醒指令，使所述射频域交替进入工作态与休眠态；对所述射频域发射的平均电流进行滑动窗口测量，当监测到平均电流超过上限时切断所述射频域的供电，当回传完成、或事件触发条件消失、或所述功耗态下降时，逆序切断所有供电并回落到静默态。

8、在其中一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：切断所有供电后，记录当前未完成的回传数据断点位置，并将未完成的回传数据缓存至本地存储介质中，继续执行状态参数采集与预算更新，当预算紧张度改善且所述耗态回升至回传态时，重新为所述射频域供电发送所述未完成的回传数据；周期唤醒或所述传感器的触发信号唤醒所述低功耗mcu的执行事件处理操作，完成处理操作后将采集到的数据更新至内部寄存器或低功耗存储器中，重新进入休眠状态，等待下一个实时时钟中断再次唤醒执行下一次采集操作。

9、根据本发明的一个方面，一种分级节能控制装置，所述装置包括：常驻采集与预算映射模块，用于通过常开微功耗域的低功耗mcu持续采集传感器的状态参数，根据所述状态参数计算剩余能量和预测补能，根据近期滑动平均功耗与目标续航计算预算紧张度，结合所述状态参数和回差阈值映射得到电量许可的功耗态；所述状态参数包括触发信号、电池电量计的荷电状态值及太阳能采样电路的光伏功率值和充电电流值；成像上电与运动确认模块，用于当传感器触发时检测当前电量是否可以进入侦听态，若可以则给摄像头和图像处理器供电，控制所述摄像头以设定低帧率采集图像并对连续帧计算帧差或背景差分得到运动幅度，当所述运动幅度达到设定要求时生成运动确认证据；推理上电与目标确认模块，用于当所述运动确认证据成立时检测当前电量是否可以进入分析态，若可以则给推理域供电，控制所述推理域对所述图像进行推理得到所述图像中检测目标的类别及对应的置信度分数，当所述置信度分数达到设定要求时生成目标确认证据；射频上电与占空比限流模块，用于当所述目标确认证据成立时检测当前电量是否可以进入回传态，若可以则根据当前已上电的非射频域功耗以及剩余能量与预测补能计算最大允许占空比，给射频域供电后控制射频域的射频发射的平均电流不超过所述最大允许占空比。

10、根据本发明的一个方面，一种电子设备，包括至少一个处理器以及至少一个存储器，其中，所述存储器上存储有计算机可读指令；所述计算机可读指令被一个或多个所述处理器执行，使得电子设备实现如上所述的分级节能控制方法。

11、根据本发明的一个方面，一种存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行，以实现如上所述的分级节能控制方法。

12、本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

13、在上述技术方案，本发明通过首先将摄像机电源划分为常开微功耗域、成像域、推理域与射频域，上电后仅使能常开微功耗域，由低功耗mcu持续采集传感器触发信号、电池荷电状态值及太阳能光伏功率与充电电流值，从而准确评估当前可用能量与预算紧张度，在此基础上，结合荷电状态值与回差阈值映射得到电量许可的功耗态，当传感器触发时检测电量是否允许进入侦听态，若允许则为摄像头和图像处理器供电，以低帧率采集图像并通过帧差或背景差分生成运动确认证据，当运动确认证据成立时检测电量是否允许进入分析态，若允许则为推理域供电，对图像执行目标检测推理得到类别及置信度分数并生成目标确认证据，当目标确认证据成立时检测电量是否允许进入回传态，若允许则根据非射频域功耗及剩余能量与预测补能计算最大允许占空比，为射频域供电后按占空比控制射频发射的平均电流不超过该上限，回传完成或条件恶化时逆序切断供电并回落至静默态，实现了对无市电摄像机功耗的分域阶梯式管理，不仅显著降低了静默功耗，而且有效延长了续航并减小了太阳能板规格，使得设备在弱补能场景下能够更加稳定、持久地完成监控任务，从而能够有效地解决现有技术静默功耗高、误触发代价大、弱补能续航短、峰值电流易致欠压的问题。